JP3248159B2 - 内燃機関の過渡運転時の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の過渡運転時
の空燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関においては、排気通路に酸素セ
ンサを設けて、これにより機関に吸入される混合気の空
燃比を検出し、これに基づいて燃料噴射量を補正するこ
とにより、空燃比を理論空燃比にフィードバック制御し
ているが、加速時等の過渡運転時には、空燃比フィード
バック制御では遅れを生じることから、加速増量補正等
を含むオープン制御により対応している。

【０００３】しかし、加速時等の過渡運転時には、エア
フローメータにより検出される空気量と吸気マニホール
ドを介して実際にシリンダに吸入される空気量との相違
や、壁流の発生による燃料の供給遅れ等により、一義的
な加速増量補正等では空燃比にズレを生じる。一方、内
燃機関においては、シリンダブロック等の機関壁部に、
圧電素子によって機関振動に応じた信号を出力するノッ
クセンサを取付け、所定クランク角度範囲の分析区間に
て、ノックセンサの信号を周波数分析してノック振動に
関連する特定周波数成分を抽出し、当該特定周波数成分
の振動レベル（ノック強度）を検出し、その大小によっ
てノックの有無を検出している。そして、これによっ
て、点火時期をノック限界まで進角するように補正して
いる。ここで、前記分析区間は、ノック振動の検出のた
め、燃焼圧力ピークの後となるように設定される。

【０００４】しかし、加速時等の過渡運転時には、定常
運転時に較べ、空気が燃え拡がりにくいことから、図８
に示すように、燃焼圧力ピークが遅れ側にずれ、分析区
間内に燃焼圧力ピークに至る前の部分が含まれるように
なる。すると、燃焼圧力ピークに至る前には、ノックセ
ンサからの信号に空燃比変化による燃焼速度変化に起因
する別の振動が乗っており、この別の振動の周波数はノ
ック振動の周波数と近いことから、この別の振動をもノ
ック振動と誤検出して、ノック判定を誤ることがあっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の実情に鑑み、ノ
ック判定については、機関の過渡運転時には、分析区間
を変更するようにして対処するが、本発明者らは更に、
燃焼圧力がピークに至る前の所定の区間の振動レベルが
空燃比変化による燃焼速度変化に依存することに着目
し、これを利用して機関の過渡運転時の空燃比を制御す
ることに思い至った。

【０００６】そこで、本発明は、ノックセンサを利用し
た内燃機関の過渡運転時の空燃比制御装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、図１に示すように、下記ａ〜ｄの手段を
設けて、内燃機関の過渡運転時の空燃比制御装置を構成
する。 ａ）機関本体に取付けられて機関振動に応じた信号を出
力するノックセンサ ｂ）機関の過渡運転時を検出する過渡運転時検出手段 ｃ）機関の過渡運転時に前記ノックセンサの信号から過
渡運転時に燃焼圧力がピークに至る前の所定の区間にて
特定周波数成分を抽出し当該特定周波数成分の振動レベ
ルを検出する振動レベル検出手段 ｄ）検出された振動レベルに応じて過渡運転時の機関へ
の燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段

【０００８】

【作用】上記の構成においては、機関の過渡運転時を検
出すると、ノックセンサの信号から、過渡運転時に燃焼
圧力がピークに至る前の所定の区間（従来の分析区間の
前半部）にて、特定周波数成分を抽出し、当該特定周波
数成分の振動レベルを検出する。これは、空燃比変化に
よる燃焼速度変化に依存するもので、空燃比のリーン化
により燃焼速度が遅くなると、振動レベルが小さくな
り、リッチ化により燃焼速度が速くなると、振動レベル
が大きくなる。従って、検出された振動レベルに応じて
過渡運転時の機関への燃料噴射量を補正することによ
り、具体的には、振動レベルが小さいときには空燃比を
リッチ化すべく燃料噴射量を増量補正し、逆に振動レベ
ルが大きいときには空燃比をリーン化すべく燃料噴射量
を減量補正することにより、空燃比を制御するのであ
る。尚、この場合の補正量は機関運転状態のパラメータ
別に学習することもできる。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の一実施例を説明する。図２は
システム構成を示している。機関１には、エアクリーナ
２からの空気が吸気ダクト３、スロットル弁４及び吸気
マニホールド５を経て吸入されると共に、吸気マニホー
ルド５に各気筒毎に設けた電磁式の燃料噴射弁６から機
関回転に同期した所定のタイミングで燃料が噴射供給さ
れる。そして、機関１の各気筒の燃焼室にて混合気が点
火栓７により点火されて燃焼する。

【００１０】ここにおいて、燃料噴射弁６の燃料噴射量
と点火栓７の点火時期とは、マイクロコンピュータ内蔵
のコントロールユニット８により制御される。この制御
のため、コントロールユニット８には、各種のセンサか
ら信号が入力されている。前記各種のセンサとしては、
吸気ダクト３に熱線式のエアフローメータ９が設けら
れ、これにより吸入空気流量Ｑが検出される。

【００１１】また、クランク角センサ10が設けられ、基
準クランク角信号と単位クランク角信号とを出力する。
この基準クランク角信号の周期、あるいは一定時間内の
単位クランク角信号の発生数から、機関回転数Ｎが算出
される。また、スロットル弁４にポテンショメータ式の
スロットルセンサ11が取付けられ、これによりスロット
ル開度ＴＶＯが検出される。

【００１２】また、機関１のシリンダブロック壁部にノ
ックセンサ12が取付けられ、このノックセンサ12は圧電
素子によって機関振動に応じた信号を出力する。この
他、更に各種のセンサが設けられるが、ここでは説明を
省略する。次にコントロールユニット８内のマイクロコ
ンピュータにより実行される加速時の気筒別燃料噴射量
制御及び点火時期制御について図３のフローチャートに
より説明する。

【００１３】ステップ１（図にはＳ１と記してある。以
下同様）では、加速時か否かを判定する。具体的には、
スロットルセンサ11からの信号に基づいて一定時間毎に
検出されるスロットル開度ＴＶＯの変化量ΔＴＶＯ（最
新の検出値と前回の検出値との差）を計算し、このスロ
ットル開度変化量ΔＴＶＯを所定値と比較して、ΔＴＶ
Ｏ＞所定値の場合に、加速時と判定する。加速判定用の
パラメータとしてスロットル開度変化量ΔＴＶＯに代え
て後述する基本燃料噴射量変化量ΔＴｐを用いてもよ
い。そして、加速時と判定された場合にステップ２以降
へ進む。尚、加速時以外の定常時には通常制御を行う
が、これについては説明を省略する。

【００１４】ステップ２では、エアフローメータ９から
の信号に基づいて検出される吸入空気流量Ｑとクランク
角センサ10からの信号に基づいて算出される機関回転数
Ｎとから、基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎ（Ｋは定
数）を計算する。ステップ３では、基本燃料噴射量Ｔｐ
の変化量ΔＴｐ（最新の計算値と前回の計算値との差）
を計算する。

【００１５】ステップ４では、書換え可能なＲＡＭに基
本燃料噴射量変化量ΔＴｐと機関回転数Ｎとをパラメー
タとして加速時空燃比補正係数Ａｘを記憶させた学習マ
ップ（図４参照）から、実際の基本燃料噴射量変化量Δ
Ｔｐと機関回転数Ｎとに基づいて加速時空燃比補正係数
Ａｘを検索する。学習が開始されていない時点では、学
習マップ上の加速時空燃比補正係数Ａｘは全て基準値の
０としてある。尚、学習用のパラメータとして基本燃料
噴射量変化量ΔＴｐに代えてスロットル開度変化量ΔＴ
ＶＯを用いてもよい。

【００１６】ステップ５では、基本燃料噴射量Ｔｐを、
加速増量補正や水温増量補正を含む各種補正係数ＣＯＥ
Ｆ（基準値は１）の他、加速時空燃比補正係数Ａｘによ
り、次式のごとく補正して、最終的な燃料噴射量Ｔｉを
計算する。 Ｔｉ＝Ｔｐ×（ＣＯＥＦ＋Ａｘ） 燃料噴射量Ｔｉが計算されると、これが所定のレジスタ
にセットされ、機関回転に同期した所定のタイミングに
て、このＴｉに相当するパルス幅の駆動パルス信号が燃
料噴射弁６に出力されて、燃料噴射が行われる。

【００１７】ステップ６では、点火時期を計算する。具
体的には、機関回転数Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐとに基づ
いてマップを参照して基本点火時期（進角値）ＭＡＤＶ
を求め、これに後述のノック補正量計算によりすでに求
められているノック補正量ＫＤを加算して、最終的な点
火時期（進角値）ＡＤＶ＝ＭＡＤＶ＋ＫＤを計算する。
すなわち、前回ノック無しであれば増大されたＫＤによ
り進角側に補正し、前回ノック有りであれば減少された
ＫＤにより遅角側に補正して、最終的な点火時期を計算
する。

【００１８】点火時期が計算されると、これが所定のレ
ジスタにセットされ、そのタイミングにて点火コイル
（図示省略）に点火信号が出力され、点火栓７による点
火が行われる。ステップ７では、点火後に、加速時に燃
焼圧力がピークに至る前の所定の区間（以下これを第１
の分析区間という）にて、ノックセンサ12からの信号を
周波数分析してノック振動に関連する特定周波数成分を
抽出し、これを半波整流して積分処理することにより、
当該特定周波数成分の振動レベルＡを検出する（図５参
照）。ここで得られる振動レベルＡは空燃比変化による
燃焼速度変化に依存し、燃焼速度に比例する（図６参
照）。

【００１９】ステップ８では、第１の分析区間の直後か
ら、加速時に燃焼圧力がピークに至った後の所定の区間
（以下これを第２の分析区間という）にて、ノックセン
サ12からの信号を周波数分析してノック振動に関連する
特定周波数成分を抽出し、これを半波整流して積分処理
することにより、当該特定周波数成分の振動レベルＢを
検出する（図５参照）。ここで得られる振動レベルＢは
ノック強度に比例する。

【００２０】すなわち、従来の分析区間（図５参照）を
前半部の第１の分析区間と後半部の第２の分析区間とに
分割し、それぞれの区間において周波数分析を行わせ
て、振動レベルＡ，Ｂを検出し、第１の分析区間での振
動レベルＡにより燃焼速度を、第２での分析区間の振動
レベルＢによりノック強度をそれぞれとらえるのであ
る。

【００２１】ステップ９では、第１の分析区間での振動
レベルＡに対応させて加速時空燃比補正係数の修正分ｘ
を定めたテーブル（図７参照）から、実際の振動レベル
Ａに基づいて加速時空燃比補正係数Ａｘの修正分ｘを検
索により設定する。ここで、振動レベルＡが小（燃焼速
度小）のときはリーン状態であるためリッチ化すべく修
正分ｘをプラス側に設定し、振動レベルＡが大（燃焼速
度大）のときはリッチ状態であるためリーン化すべく修
正分ｘをマイナス側に設定する。

【００２２】ステップ10では、次式に示すように、現時
点での加速時空燃比補正係数Ａｘに修正分ｘを加算し
て、新たな加速時空燃比補正係数Ａｘを求め、これを学
習マップ（図４参照）の該当するエリアに書込んで更新
する。 Ａｘ←Ａｘ＋ｘ ステップ11では、第２の分析区間での振動レベル（ノッ
ク強度）Ｂに基づいて点火時期のノック補正量ＫＤを計
算する。具体的には、振動レベル（ノック強度）Ｂを所
定のスライスレベルと比較して、ノックの有無を判定
し、ノック無しのときは点火時期が進角側へ補正される
ようにノック補正量ＫＤを増大させ、ノック有りのとき
は点火時期が遅角側へ補正されるようにノック補正量Ｋ
Ｄを減少させる。

【００２３】尚、本実施例では、ステップ１の部分が過
渡運転時検出手段に相当し、ステップ７の部分が振動レ
ベル検出手段に相当し、ステップ２〜５，９，10の部分
が燃料噴射量補正手段に相当する。また、本実施例のフ
ローチャートは説明を簡単にするため１つの気筒に着目
して制御の流れを示したが、実際には、各ステップは適
宜別ルーチンとしてそれぞれ所定のタイミングで実行さ
れる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ノ
ックセンサの信号を利用して、加速時等の過渡運転時の
空燃比を適正に制御することが可能になるという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の構成を示す機能ブロック図

【図２】 本発明の一実施例を示すシステム図

【図３】 加速時の気筒別燃料噴射量制御及び点火制御
のフローチャート

【図４】 加速時空燃比補正係数の学習マップを示す図

【図５】 周波数分析区間等を示す図

【図６】 振動レベルと燃焼速度との関係を示す図

【図７】 加速時空燃比補正係数の修正分のテーブルを
示す図

【図８】 従来例として周波数分析区間等を示す図

【符号の説明】

１ 機関 ４ スロットル弁 ６ 燃料噴射弁 ７ 点火栓 ８ コントロールユニット ９ エアフローメータ 10 クランク角センサ 11 スロットルセンサ 12 ノックセンサ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/10 F02D 45/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関本体に取付けられて機関振動に応じた
   信号を出力するノックセンサと、 機関の過渡運転時を検出する過渡運転時検出手段と、 機関の過渡運転時に前記ノックセンサの信号から過渡運
   転時に燃焼圧力がピークに至る前の所定の区間にて特定
   周波数成分を抽出し当該特定周波数成分の振動レベルを
   検出する振動レベル検出手段と、 検出された振動レベルに応じて過渡運転時の機関への燃
   料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、 を含んで構成される内燃機関の過渡運転時の空燃比制御
   装置。